JP2005286385A - 情報伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナを装備する場所によらずリアルタイムに良好なデータ通信を行うことが可能な情報伝送装置を得ること。
【解決手段】本発明にかかる情報伝送装置は、常に天頂付近に存在する準天頂衛星３を介してデータ通信を行う情報伝送装置であって、衛星位置計算部１３が、自艦船の位置情報、および既知の情報として得られる準天頂衛星３の軌道に基づいて、自艦船から見た準天頂衛星３の位置を特定し、指向制御部１５が、衛星位置計算部１３にて特定した衛星位置、およびジャイロ１４により観測された自艦船の動揺量に基づいて、アンテナ１７の指向制御を天頂付近の極狭い範囲で行い、画像伝送部１６が、アンテナ１７の指向制御がリアルタイムに行われている状態で、所望のデータを送受信する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、艦船，飛行機，自動車等の移動体搭載用の情報伝送装置に関するものであり、特に、アンテナの位置によらずリアルタイムな大容量データ通信を実現する移動体搭載用の情報伝送装置に関するものである。

たとえば、従来の艦船搭載用の情報伝送装置においては、通話エリアは地球上の陸地のほぼ全域、海上でも大半で利用できる、というインマルサット衛星電話を用いて、通信インフラのない地域におけるデータ通信を行っていた。具体的には、赤道上空の軌道上に静止する４機（太平洋、インド洋、大西洋−西、大西洋−東）のインマルサット衛星を通じて、地上設備設備（端末）と、音声通話，ＦＡＸ通信，データ通信，テレックス等を送受信することができる（非特許文献１参照）。

また、上記以外の従来例としては、たとえば、ＳＡＴＣＯＭ（米国）、スーパーバード（日本）等の衛星を用いたデータ通信を行うことも可能である。なお、ＳＡＴＣＯＭ衛星は、米国の民間企業の「GE Americom社」の通信衛星であり、同社は、１９７５年にＳＡＴＣＯＭ−１を打ち上げ、現在４基のＳＡＴＣＯＭ衛星が稼働している（非特許文献１参照）。スーパーバードは、宇宙通信（株）の通信衛星であり、現在、２基が稼働中である。Ｋｕバンドの中継器の他にＫａバンドの中継器と、自衛隊が使用しているＸバンドの中継器が搭載されている（非特許文献２参照）。

Jane's MILITARY COMMUNICATIONS 2002-2003 John Williamson 著 衛星通信年報 財団法人ＫＤＤＩエンジニアリング・アンド・コンサルティング Ｐ２８５

しかしながら、上記従来の艦船搭載用の情報伝送装置においては、いずれも艦内からの制御（自動または手動）によって、広範囲にわたる衛星の追尾および動揺修正等を行うが、衛星が低仰角となるため、ブラインドに入らないように、アンテナを見通しのよい高所に装備しなければならない、という問題があった。すなわち、ブリッジや煙突等の構造物によりブラインドとなりやすく、ブラインドを回避するために、アンテナを上部にしか装備できないという制限があった。さらに、アンテナを上部にしか装備できないことから、アンテナの大きさや重量に制限があり、また、メンテナンスの面での制限（整備や部品交換等の作業性の悪さ）もあった。

また、従来技術では、特定の距離（２０ｋｍ〜３０ｋｍ程度：見通し内通信が不可能となる距離）をおいて航行する艦船同士、または艦船と陸上の通信機器との間において、音声（電話）や小容量のデータの通信は可能であるが、たとえば、画像（静止画，動画）等の大容量のデータ通信については、通信容量や通信速度等の制限から実現できていない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アンテナを低所に装備した場合であっても、構造物によるブラインドを回避しつつ、リアルタイムに良好なデータ通信を行うことが可能な情報伝送装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる情報伝送装置は、常に天頂付近に存在する準天頂衛星を介してデータ通信を行う情報伝送装置において、自艦船の位置情報、および既知の情報として得られる前記準天頂衛星の軌道に基づいて、自艦船から見た前記準天頂衛星の位置を特定する衛星位置計算手段（後述する実施の形態の衛星位置計算部１３に相当）と、前記衛星位置計算手段にて特定した衛星位置、およびジャイロにより観測された自艦船の動揺量に基づいて、アンテナの指向制御を天頂付近の極狭い範囲で行う指向制御手段（指向制御部１５に相当）と、前記アンテナの指向制御がリアルタイムに行われている状態で、所望のデータを送受信する情報伝送手段（画像伝送部１６に相当）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、自艦船の位置および自艦船の動揺量に基づいて、たとえば、常にアンテナが準天頂衛星の方向を向くようにリアルタイムに指向制御を行い、この状態で、大容量の情報を他の艦船および陸上の通信装置との間で送受信する構成とした。

この発明によれば、従来のような広範囲にわたる衛星追尾を行う必要がなく、さらに、準天頂衛星が常に高仰角となり、天頂付近の極狭い範囲でアンテナの指向制御を行うことになるため、アンテナを見通しのよい高所以外の場所に装備した場合であっても、リアルタイムに良好なデータ通信を行うことができる、という効果を奏する。また、高所以外の場所、すなわち、低所に装備することができるので、アンテナの大きさや重量の制限を緩和することができ、また、メンテナンスにおける整備や部品交換等の作業性を改善することもできる、という効果を奏する。また、たとえば、特定の距離（２０ｋｍ〜３０ｋｍ程度：見通し内通信が不可能となる距離）をおいて航行する艦船同士、または艦船と陸上の通信機器との間で、画像（静止画，動画）等の大容量のデータを共有することができる、という効果を奏する。また、アンテナが常に上を向いているので、データを傍受されにくい、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる情報伝送装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

本実施の形態では、アンテナの位置によらずリアルタイムな大容量データ通信を実現可能な情報伝送装置の一例として、準天頂衛星を介して、特定の距離（２０ｋｍ〜３０ｋｍ程度：見通し内通信が不可能となる距離）をおいて航行する艦船同士、または艦船と陸上の通信機器との間で、画像情報（動画，静止画）を共有するための情報伝送装置について説明する。なお、ここでは、特に画像情報を共有する場合について説明するが、これに限らず、共有する情報はどのような情報であってもよい。また、本実施の形態においては、一例として、本発明にかかる情報伝送装置を艦船に搭載することとしたが、これに限らず、どのような移動体（飛行機や自動車等）に対しても適用可能である。

図１は、本発明にかかる情報伝送装置を搭載した艦船を含む衛星通信システムの構成を示す図であり、このシステムは、たとえば、上記特定の距離をおいて航行する艦船１−１，１−２と、地上の通信装置２と、画像データを中継する準天頂衛星３と、Ｎ個（最小４個）のＧＰＳ（Global Positioning System）衛星４と、画像撮影のターゲットとなる艦船５と、を備え、ここでは、一例として、ＧＰＳ衛星４を用いて自艦船１−１の正確な位置を測定する場合について記載している。なお、本実施の形態では、ＧＰＳ衛星４を用いて自艦船１−１の位置を測定しているが、これに限らず、たとえば、ＩＮＳ（慣性航法装置：Inertial Navigation System）やロランＣ等を用いることとしてもよい。

なお、上記準天頂衛星システムは、３機の準天頂衛星３が所定の軌道を通って１日で地球を一周し、３機の準天頂衛星３の少なくとも１機が常に日本の上空（天頂）付近に存在する地域限定型の衛星システムである。また、準天頂衛星３の切り換えを８時間毎に行えば、常に６０度以上の仰角が確保され、ユーザは、常に、ビル等による通信回線の遮断が少ない良好な移動体通信サービス（自動車電話サービス、携帯電話サービス、ＧＰＳとは別の簡易測位システム等）の提供を受けられる。具体的には、日本の主要地域から見た場合は常に天頂から２０度以内に準天頂衛星３が存在するため、たとえば、艦船のアンテナを天頂方向に向けておくだけで、艦船の進行方向が変化しても、常に良好な通信が可能となり、さらに衛星追尾が不要となるため通信装置を簡略化することができる。

また、上記艦船（１−１，１−２）に搭載されるＧＰＳ受信機は、４機のＧＰＳ衛星４からの電波（測位用信号）を受信することによって各ＧＰＳ衛星４までの距離を個別に測定し、これらの４つの測定結果から３次元での自装置の位置を求める。ＧＰＳ衛星４からの距離は、ＧＰＳ衛星４が電波を送信して（送信時刻）からＧＰＳ受信機に届くまでの時間（受信時刻）に基づいて測定する。なお、ＧＰＳ衛星４には非常に高精度な原子時計が搭載されているため、ＧＰＳ衛星４からの測位用信号を受信することにより、ＧＰＳ衛星４と同程度の精度の時刻情報を共有することができる。

図２は、本発明にかかる情報伝送装置の構成を示す図であり、この情報伝送装置は、ＧＰＳ衛星４からの測位用信号に基づいて位置情報を生成するＧＰＳ受信機１１と、ＧＰＳ受信機１１の出力から準天頂衛星３の航法メッセージを抽出する準天頂衛星航法メッセージ抽出部１２と、自艦船の位置情報および航法メッセージに付加された準天頂衛星３の軌道情報に基づいて準天頂衛星３の位置を特定する衛星位置計算部１３と、自艦船の動揺の量（角度情報）を観測するジャイロ１４と、上記で特定した準天頂衛星３の位置およびジャイロ１４で観測した艦船の動揺量（角度情報）に基づいて画像データ伝送用のアンテナ１７の指向制御を行う指向制御部１５と、アンテナ１７を介して画像情報を送受信する画像伝送部１６と、を備えている。また、上記画像伝送部１６は、たとえば、ターゲットとなる艦船５を撮影するカメラ２１と、所定の画像処理を行う画像処理部２２と、所定の符号化処理（ベースバンド処理）および変調処理（搬送波処理）を行う変調部２３と、所定の送受信処理（高周波処理）を行う送受信部２４と、所定の復調処理（搬送波処理）および復号処理（ベースバンド処理）を行う復調部２５と、得られた画像を表示する表示部２６と、を備えている。なお、以下では、一例として、艦船１−１に搭載された情報伝送装置の動作について説明するが、艦船１−２においても同様の情報伝送装置を搭載していることを前提とする。

ここで、上記のように構成される本発明にかかる情報伝送装置の動作を、図面にしたがって説明する。

まず、ＧＰＳ受信機１１では、ＧＰＳ衛星４から送られてくる測位用信号に基づいて、情報伝送装置を搭載する艦船１−１の位置情報を生成する。なお、本実施の形態においては、たとえば、ＤＧＰＳ（Differential ＧＰＳ）の補正信号を利用した高精度測位を想定することとしてもよい（図示せず）。高精度測位を想定する場合は、ＧＰＳ受信機１１のアンテナ１８で準天頂衛星３からの航法メッセージを受信し、航法メッセージに付加された補正情報に基づいて、上記で求めた自艦船１−１の位置の誤差を補正し、高精度な自機位置を算出することになる。

つぎに、準天頂衛星航法メッセージ抽出部１２では、ＧＰＳ受信機１１のアンテナ１８で受信した信号の中から準天頂衛星３の軌道情報が付加された航法メッセージを抽出する。なお、準天頂衛星３から送られてくる航法メッセージ（上記補正情報，軌道情報を含む）は、ＧＰＳ受信機１１のアンテナ１８（指向性が鋭くない小型のアンテナ）にて受信可能であり、ＧＰＳ受信機１１では、航法メッセージのＩＤを確認しなければ、ＧＰＳ衛星４からの信号か、準天頂衛星３からの信号か、を区別することができない。

つぎに、衛星位置計算部１３では、上記準天頂衛星航法メッセージ抽出部１２にて抽出した航法メッセージから準天頂衛星３の軌道を計算し、ここで得られた軌道と、上記ＧＰＳ受信機１１で特定した自艦船１−１の位置と、に基づいて、艦船１−１から見た準天頂衛星３の位置（方向）を計算する。

つぎに、指向制御部１５では、上記衛星位置計算部１３から得られる衛星位置情報と、上記ジャイロ１４により観測された動揺量（角度情報）と、に基づいて、画像データ伝送用のアンテナ１７の指向制御を行う。ここでは、たとえば、見通しの悪い低所にアンテナ１７を配置した場合であってもブリッジや煙突等の構造物によるブラインドにならない範囲である、天頂付近の極狭い範囲で、固定のビーム幅を有するアンテナ１７の指向制御を行う。たとえば、準天頂衛星３の方向を示す単位ベクトルをＡ（地軸基準）とし、自艦船１−１の傾きを示す単位ベクトルをＢ（地軸基準）とした場合は、アンテナ１７の方向ベクトルを単位ベクトルＡに合わせるように、船基準でアンテナ１７を「Ａ−Ｂ」だけ傾ける制御を行う。なお、上記ＧＰＳ受信機１１のアンテナ１８は、指向性が鋭くない小型のアンテナとしたが、大容量の画像データ（静止画，動画等）を送受信するアンテナ１７は、太い回線が必要であり、指向性の鋭い大型のアンテナを正確に準天頂衛星３の方向に向ける必要がある。

なお、上記固定のビーム幅については、艦船の航行状態に応じて予め設定しておくこととしてもよい。たとえば、波による影響を受けにくい大型の艦船については、航行状態により想定される動揺量に応じて予めビームを絞っておき、一方で、波による影響を受けやすい小型の艦船については、航行状態により想定される動揺量に応じて予めビーム幅を大きくとる。

そして、上記アンテナ１７の指向制御がリアルタイムに行われている状態で、たとえば、画像伝送部１６が、画像データを送受信し、他の艦船１−２および陸上の通信装置２との間で画像情報を共有する。具体的には、カメラ２１で撮影した艦船５の画像に対して、画像補正や画像圧縮や暗号化等の画像処理（画像処理部２２の処理）を行い、さらに、ビットインタリーブおよび誤り訂正符号化等の符号化処理、振幅や位相に対する変調処理（変調部２３の処理）を行った後の信号を、送受信部２４が、アンテナ１７，準天頂衛星３を介して他の艦船１−２および陸上の通信装置２に対して送信する。また、送受信部２４が、準天頂衛星３から送られてくる信号を、アンテナ１７により受信し、その信号に対して上記変調処理および符号化処理に対応する復調処理および復号処理（復調部２５の処理）を行い、さらに、表示部２６が、データの補正や解凍や復号等の処理（画像処理部２２の処理）を行った後の画像を表示する。

このように、本実施の形態においては、自艦船の位置および艦船の動揺の量に基づいて、常に画像データ伝送用のアンテナが準天頂衛星の方向を向くようにリアルタイムに指向制御を行い、この状態で、大容量の情報を他の艦船および陸上の通信装置との間で送受信する構成とした。従来の静止衛星を用いた場合のように、アンテナを常に南の仰角約４５°に向くよう広範囲にわたる衛星追尾を行う必要がなく、準天頂衛星が常に高仰角となり、天頂付近の極狭い範囲で画像データ伝送用のアンテナの指向制御を行うことになるため、当該アンテナを見通しのよい高所以外の場所に装備した場合であっても、リアルタイムに良好なデータ通信を行うことができる。また、高所以外の場所、すなわち、低所に装備することができるので、画像データ伝送用のアンテナの大きさや重量の制限を緩和することができ、また、メンテナンスにおける整備や部品交換等の作業性を改善することもできる。

また、本実施の形態においては、上記のような構成により、たとえば、特定の距離（２０ｋｍ〜３０ｋｍ程度：見通し内通信が不可能となる距離）をおいて航行する艦船同士、または艦船と陸上の通信機器との間で、画像（静止画，動画）等の大容量のデータを共有することができる。また、画像データ伝送用のアンテナが常に上を向いているので、データを傍受されにくい、という効果もある。

なお、本実施の形態においては、特に準天頂衛星を利用した場合について説明したが、これに限らず、たとえば、アンテナを天頂方向に向けておくだけで常に良好な通信が可能となるような位置に存在する衛星であれば、準天頂衛星以外であっても同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、指向制御部１５にて固定のビーム幅を有するアンテナ１７の指向を制御する場合について説明したが、これに限らず、たとえば、アンテナ１７の向きを固定し、上記衛星位置計算部１３から得られる衛星位置情報と、上記ジャイロ１４により観測される動揺量（角度情報）と、に基づいて、ビーム幅制御部（図示せず）が、ビーム幅を制御することとしてもよい。また、指向制御とビーム幅制御を組み合わせることとしてもよい。

なお、準天頂衛星３と画像データ等の大容量データを送受信するアンテナ１７は、フェーズドアレーアンテナであってもよい。この場合、指向制御部１５では、フェーズドアレーアンテナの位相を制御することになる。

以上のように、本発明にかかる情報伝送装置は、艦船搭載用の情報伝送装置として有用であり、特に、大容量データ通信を行う艦船に搭載する情報伝送装置として適している。

本発明にかかる情報伝送装置を搭載した艦船を含む衛星通信システムの構成を示す図である。 本発明にかかる情報伝送装置の構成を示す図である。

符号の説明

１−１，１−２，５ 艦船
２ 通信装置
３ 準天頂衛星
４ ＧＰＳ衛星
１１ ＧＰＳ受信機
１２ 準天頂衛星航法メッセージ抽出部
１３ 衛星位置計算部
１４ ジャイロ
１５ 指向制御部
１６ 画像伝送部
１７，１８ アンテナ
２１ カメラ
２２ 画像処理部
２３ 変調部
２４ 送受信部
２５ 復調部
２６ 表示部

Claims (4)

1. 常に天頂付近に存在する準天頂衛星を介してデータ通信を行う情報伝送装置において、
   自艦船の位置情報、および既知の情報として得られる前記準天頂衛星の軌道に基づいて、自艦船から見た前記準天頂衛星の位置を特定する衛星位置計算手段と、
   前記衛星位置計算手段にて特定した衛星位置、およびジャイロにより観測された自艦船の動揺量に基づいて、アンテナの指向制御を天頂付近の極狭い範囲で行う指向制御手段と、
   前記アンテナの指向制御がリアルタイムに行われている状態で、所望のデータを送受信する情報伝送手段と、
   を備えることを特徴とする情報伝送装置。
2. 前記指向制御手段は、ビーム幅を固定とし、艦船の航行状態に応じて予めビーム幅を設定することを特徴とする請求項１に記載の情報伝送装置。
3. 常に天頂付近に存在する準天頂衛星を介してデータ通信を行う情報伝送装置において、
   自艦船の位置情報、および既知の情報として得られる前記準天頂衛星の軌道に基づいて、自艦船から見た前記準天頂衛星の位置を特定する衛星位置計算手段と、
   前記衛星位置計算手段にて特定した衛星位置、およびジャイロにより観測された自艦船の動揺量に基づいて、アンテナを天頂付近に固定してビーム幅を制御するビーム幅制御手段と、
   前記ビーム幅制御がリアルタイムに行われている状態で、所望のデータを送受信する情報伝送手段と、
   を備えることを特徴とする情報伝送装置。
4. 前記自艦船の位置情報を、ＧＰＳ（Global Positioning System）における測位用信号に基づいて生成することを特徴とする請求項１、２または３に記載の情報伝送装置。
   
   
   

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